Ce este nadf n. Exemplu de reacție biochimică care implică NAD

Dehidrogenazele sunt enzime din clasa oxidoreductazelor care catalizează reacțiile care elimină hidrogenul (adică protonii și electronii) dintr-un substrat, care este un agent oxidant, și îl transportă pe un alt substrat, care este redus.

Depinzând de natura chimica acceptor cu care interacționează dehidrogenazele, acestea sunt împărțite în mai multe grupuri:

1. Dehidrogenaze anaerobe, care catalizează reacții în care acceptorul de hidrogen este un compus altul decât oxigenul.
2. Dehidrogenaze aerobe, care catalizează reacții în care acceptorul de hidrogen poate fi oxigen (oxidaze) sau un alt acceptor. Dehidrogenazele aerobe aparțin flavoproteinelor, produsul de reacție este peroxidul de hidrogen.
3. Dehidrogenazele, care transportă electroni de la un substrat la un acceptor de electroni. Citocromii lanțului respirator mitocondrial aparțin acestui grup de dehidrogenaze.
4. Dehidrogenazele, care catalizează introducerea directă a 1 sau 2 atomi de oxigen în molecula substratului. Astfel de dehidrogenaze se numesc oxigenaze.

Funcția acceptoarelor primare ai atomilor de hidrogen scindați din substraturile corespunzătoare este îndeplinită de două tipuri de dehidrogenaze:

• dehidrogenaze dependente de piridină- conțin coenzimele nicotinamidă (NAD+) sau nicotinamidă adenin dinucleotide fosfat (NADP+).
• dehidrogenaze dependente de flavină, al cărui grup protetic este flavin adenin dinucleotide (FAD) sau flavin mononucleotide (FMN).

Coenzimele NADP+ (sau NAD+) sunt slab legate de apoenzimă și, prin urmare, pot fi prezente în celulă fie într-o stare asociată cu apoenzima, fie separate de partea proteică.

Dehidrogenazele piridin-dependente sunt de tip anaerob - enzime solubile în apă care oxidează substraturile polare. Reacția catalizată de dehidrogenaze dependente de piridină vedere generala sunt date în următoarele ecuații:

SH2 + NADP+ → S + NADPH + H+

SH2 + NAD+ → S + NADH + H+

Structura de lucru într-o moleculă NAD+ sau NADP+ este un inel piridinic, nicotinamida, care adaugă un atom de hidrogen și un electron (ion hidrură) în timpul unei reacții enzimatice, iar al doilea proton intră în mediul de reacție. Dehidrogenazele dependente de piridină sunt foarte frecvente în celulele vii. Ei extrag protoni și electroni din multe substraturi, reducând NAD + sau NADP + și, ulterior, transferând echivalenți reducători către alți acceptori. Dehidrogenazele dependente de NAD catalizează în principal reacțiile redox ale căilor metabolice oxidative - glicoliză, ciclul Krebs, β-oxidare acizi grași, lanțul respirator mitocondrial etc. NAD este principala sursă de electroni pentru lanțul de transport de electroni. NADP este utilizat în principal în procesele de sinteză reductivă (în sinteza acizilor grași și a steroizilor).

Dehidrogenaze dependente de flavină- flavoproteinele, grupele protetice în care FAD sau FMN sunt derivați ai vitaminei B2, care sunt strâns (covalent) asociate cu apoenzima. Aceste dehidrogenaze sunt enzime legate de membrană care oxidează substraturi nepolare și cu polaritate scăzută. Partea de lucru a moleculei FAD sau FMN, care participă la reacțiile redox, este inelul izoaloxazin al riboflavinei, care acceptă doi atomi de hidrogen (2H+ + 2e-) din substrat.

Ecuație generală reacțiile care implică dehidrogenaze dependente de flavină arată astfel:

SH2 + FMN → S + FMN-H2

SH2 + FAD+ → S + FADH2

În procesele de oxidare biologică, aceste enzime joacă rolul atât al dehidrogenazelor anaerobe, cât și al celor aerobe. Dehidrogenazele anaerobe includ NADH dehidrogenaza, o enzimă dependentă de FMN care transferă electroni de la NADH la componentele mai electropozitive ale lanțului respirator mitocondrial. Alte dehidrogenaze (dependente de FAD) transferă electroni direct de la substrat în lanțul respirator (de exemplu, succinat dehidrogenază, acil-CoA dehidrogenază). Transportul electronilor de la flavoproteine ​​la citocrom oxidaze în lanțul respirator este asigurat de citocromi, care, pe lângă citocrom oxidaze, sunt clasificate ca dehidrogenaze anaerobe. Citocromii sunt proteine ​​din mitocondrii care conțin fier - hemproteine, care, datorită schimbării inverse a valenței fierului hem, îndeplinesc funcția de a transporta electroni în celulele aerobe direct în lanțurile de oxidare biologică: citocrom (Fe3 +) + e → citocrom (Fe2 +).

Lanțul respirator mitocondrial include citocromii b, c1, c, a și a3 (citocrom oxidaza). Pe lângă lanțul respirator, citocromii sunt conținute în reticulul endoplasmatic (450 și b5). Dehidrogenazele aerobe dependente de flavină includ L-aminoacizi oxidaze, xantin oxidaze etc.

Dehidrogenazele care catalizează încorporarea unuia sau a doi atomi de oxigen într-o moleculă de substrat se numesc oxigenaze. În funcție de numărul de atomi de oxigen care interacționează cu substratul, oxigenazele sunt împărțite în 2 grupe:

• Dioxigenazele
• Monooxigenaze

Dioxigenazele catalizează adaugă 2 atomi de oxigen la molecula substratului: S + O2 → SO2. Acestea sunt, în special, enzime non-heme care conțin fier care catalizează reacțiile de sinteză a acidului homogentisic și oxidarea acestuia de-a lungul căii catabolismului tirozinei. Lipoxigenaza care contine fier catalizeaza incorporarea O2 in acid arahidonic, prima reacție în sinteza leucotrienelor. Prolină și lizin dioxigenazele catalizează reacțiile de hidroxilare a resturilor de lizină și prolină din procolagen. Monooxigenazele catalizează adăugarea a doar 1 atom al moleculei de oxigen la substrat. În acest caz, al doilea atom de oxigen este redus la apă:

SH + O2 + NADPH + H+

SOH + H2O + NADP+

LA monooxigenaze aparțin enzimelor care participă la metabolismul multor substanțe medicinale prin hidroxilarea lor. Aceste enzime sunt localizate predominant în fracțiunea microzomală a ficatului, glandelor suprarenale, gonade și alte țesuturi. Deoarece cel mai adesea substratul în reacțiile monooxigenazei este hidroxilat, acest grup Enzimele sunt numite și hidroxilaze.

Monooxigenazele catalizează reacțiile de hidroxilare a colesterolului (steroizi) și conversia lor în substanțe biologic active, inclusiv hormoni sexuali, hormoni suprarenali, metaboliți activi ai vitaminei D - calcitriol, precum și reacții de detoxifiere prin hidroxilarea unui număr de substante toxice, medicamenteşi produse ale transformării lor pentru organism. Sistemul membranar monooxigenază al reticulului endoplasmatic al hepatocitelor conține NADPH + H+, flavoproteine ​​cu cofactor FAD, o proteină (adrenotoxină) care conține fier non-hem și proteină hem - citocromul P450. Ca urmare a hidroxilării substanțelor hidrofobe nepolare, hidrofilitatea acestora crește, ceea ce contribuie la inactivarea biologică. substanțe active sau neutralizarea substantelor toxice si excretarea lor din organism. Unele substanțe medicinale, cum ar fi fenobarbitalul, au capacitatea de a induce sinteza enzimelor microzomale și a citocromului P450.

Există monooxigenaze care nu conțin citocromul P450. Acestea includ enzimele hepatice care catalizează reacțiile de hidroxilare ale fenilalaninei, tirozinei și triptofanului.

Bine de stiut

• D-dimerul este un marker al fibrinolizei (în timpul sarcinii - normal, crescut - cu tromboză, ICC, procese oncologice)

Numele de vitamina PP vine de la o expresie italiană pelagra preventivă– prevenirea pelagra.

Surse

Surse bune sunt ficatul, carnea, peștele, leguminoasele, hrișca și pâinea neagră. Laptele și ouăle conțin puține vitamine. De asemenea, este sintetizat în organism din triptofan - una din 60 de molecule de triptofan este transformată într-o moleculă de vitamină.

Necesar zilnic

Structura

Vitamina există sub formă Acid nicotinic sau nicotinamidă.

Două forme de vitamina PP

Formele sale coenzimatice sunt nicotinamidă adenin dinucleotidă(NAD) și riboză fosforilată – nicotinamidă adenin dinucleotidă fosfat(NADP).

Structura formelor oxidate ale NAD și NADP

Funcții biochimice

Transferul ionilor de hidrură H – (atomul de hidrogen și electron) în reacții redox.

Mecanismul de participare a NAD și NADP în reacție biochimică

Datorită transferului ionilor de hidrură, vitamina asigură următoarele sarcini:

1. Metabolismul proteinelor, grăsimilor și carbohidraților. Deoarece NAD și NADP servesc ca coenzime ale majorității dehidrogenazelor, ele participă la reacții

• în timpul sintezei și oxidării acizilor carboxilici,
• în timpul sintezei colesterolului,
• metabolismul acidului glutamic și al altor aminoacizi,
• metabolismul carbohidraților: calea pentozei fosfat, glicoliză,
• decarboxilarea oxidativă a acidului piruvic,

Exemplu de reacție biochimică care implică NAD

2. NADH face reglementare funcția, deoarece este un inhibitor al anumitor reacții de oxidare, de exemplu, în ciclul acidului tricarboxilic.

3. Protecția informațiilor ereditare– NAD este un substrat al poli-ADP-ribozilării în timpul procesului de cusătură a rupelor cromozomiale și repararea ADN-ului.

4. Apărare din radicali liberi - NADPH este o componentă esențială a sistemului antioxidant al celulei.

5. NADPH este implicat în reacții

• resinteza tetrahidrofolic acizi (coenzima vitamina B9) din acidul dihidrofolic după sinteza monofosfatului de timidil,
• recuperarea proteinelor tioredoxinăîn timpul sintezei dezoxiribonucleotidelor,
• pentru a activa vitamina K „alimentară” sau a restabili tioredoxină după reactivarea vitaminei K.

Hipovitaminoza B3

Cauză

Deficiență nutrițională de niacină și triptofan. Sindromul Hartnup.

Tabloul clinic

Manifestată de boala pelagra (italiană: pelle agra – piele aspră) Cum sindromul trei D:

• demenţă(nervos și probleme mentale, demență),
• dermatită(fotodermatita),
• diaree(slăbiciune, indigestie, pierderea poftei de mâncare).

Dacă este lăsată netratată, boala este fatală. Copiii cu hipovitaminoză se confruntă cu o creștere lentă, scădere în greutate și anemie.

În SUA în 1912-1216. numărul cazurilor de pelagră a fost de 100 de mii de persoane pe an, dintre care aproximativ 10 mii au murit. Motivul a fost lipsa hranei pentru animale, oamenii au mâncat în principal porumb și sorg, care sunt sărace în triptofan și conțin niacină legată nedigerabilă.
Este interesant că indienii America de Sud, a cărui dietă a fost porumb din cele mai vechi timpuri, pelagra nu apare. Motivul acestui fenomen este că fierb porumbul în apă de var, care eliberează niacina din complexul insolubil. Europenii, după ce au luat porumb de la indieni, nici nu s-au obosit să împrumute rețetele.

Antivitamine

Derivat acidului izonicotinic izoniazidă, folosit pentru tratarea tuberculozei. Mecanismul de acțiune nu este tocmai clar, dar o ipoteză este înlocuirea acidului nicotinic în reacțiile de sinteză a nicotinamidei adenin dinucleotid ( izo-NAD în loc de NAD). Ca urmare, cursul reacțiilor redox este perturbat și sinteza acidului micolic este suprimată, element structural peretele celular al Mycobacterium tuberculosis.

Enzimele, ca și proteinele, sunt împărțite în 2 grupe: simpluȘi complex. Cele simple sunt formate în întregime din aminoacizi și, la hidroliză, formează exclusiv aminoacizi.Organizarea lor spațială este limitată de structura terțiară. Acestea sunt în principal enzime gastrointestinale: pepsină, tripsină, lisacym, fosfatază. Enzimele complexe, pe lângă partea proteică, conțin și componente non-proteice.Aceste componente non-proteice diferă prin puterea de legare la partea proteică (aloenzimă). Dacă constanta de disociere a unei enzime complexe este atât de mică încât în ​​soluție toate lanțurile polipeptidice sunt asociate cu componentele lor neproteice și nu sunt separate în timpul izolării și purificării, atunci componenta neproteică se numește grupare prostetică și este considerată ca parte integrantă a moleculei de enzimă.

Sub coenzima înțelegeți un grup suplimentar care este ușor separat de aloenzimă la disociere. Între aloenzimă şi cel mai simplu grup Există o legătură covalentă, destul de complexă. Există o legătură necovalentă (hidrogen sau interacțiuni electrostatice) între aloenzimă și coenzimă. Reprezentanți tipici coenzimele sunt:

B1 - tiamină; pirofosfat (conține B)

B2 - riboflavină; FAD, FNK

PP - NAD, NADP

H – biotina; biozitină

B6 - piridoxină; fosfat de piridoxal

Acid pantotenic: coenzima A

Multe metale divalente (Cu, Fe, Mn, Mg) acționează și ca cofactori, deși nu sunt nici coenzime, nici grupări protetice. Metalele fac parte din centrul activ sau se stabilizează cea mai buna varianta structura centrului activ.

METALELEENZIME

Fe, Fehemoglobină, catalază, peroxidază

Cu,Cu citocrom oxidaza

ZnDNA – polimerază, dehidrogenază

Mghexokinaza

Mnarginaza

Seglutation reductază

ATP, acidul lactic și ARNt pot îndeplini, de asemenea, o funcție de cofactor. Un lucru de remarcat trăsătură distinctivă enzime cu două componente, care constă în faptul că nici cofactorul (coenzima sau grupa protetică) și nici aloenzima nu prezintă activitate catalitică în mod individual, ci doar combinarea lor într-un singur întreg, procedând în conformitate cu programul organizării lor tridimensionale, asigură apariţia rapidă a reacţiilor chimice.

Structura NAD și NADP.

NAD și NADP sunt coenzime ale dehidrogenazelor dependente de piridină.

NICOTINAMIDĂ ADNINE DINE NUCLEOTID.

NICOTINAMIDĂ ADNINE DINE NUCLEOAMIDĂ FOSFAT (NADP)

Capacitatea NAD și NADP de a juca rolul unui purtător precis de hidrogen este asociată cu prezența în structura lor -

reamida acidului nicotinic.

În celule sunt implicate dehidrogenaze dependente de NAD

în procesele de transfer de electroni de la substrat la O.

Dehidrogenazele dependente de NADP joacă un rol în proces -

biosinteza sah. Prin urmare, coenzimele NAD și NADP

diferă în localizarea intracelulară: NAD

concentrat în mitocondrii și cea mai mare parte a NADP

este localizat în citoplasmă.

Structura FAD și FMN.

FAD și FMN sunt grupe protetice de enzime flavine. Ele sunt foarte ferm atașate de aloenzimă, spre deosebire de NAD și NADP.

MONONUCLEOTIDĂ FLAVIN (FMN).

FLAVINACETYLDINUCLEOTIDE.

Partea activă a moleculei FAD și FMN este riboflavina din ciclul izoaloxadin, la atomii de azot cărora li se pot atașa doi atomi de hidrogen.

Acidul adenozin trifosforic (ATP) este o sursă universală și un acumulator principal de energie în celulele vii. ATP se găsește în toate celulele vegetale și animale. Cantitatea de ATP este în medie de 0,04% (din greutatea umedă a celulei), cel mai mare număr ATP (0,2-0,5%) este conținut în muschii scheletici. Într-o celulă, o moleculă de ATP este consumată în decurs de un minut de la formare. La om, o cantitate de ATP egală cu greutatea corporală este produsă și distrusă la fiecare 24 de ore.

ATP este o mononucleotidă formată din reziduuri de baze azotate (adenină), riboză și trei resturi acid fosforic. Deoarece ATP conține nu unul, ci trei reziduuri de acid fosforic, îi aparține ribonucleozide trifosfați.

Cea mai mare parte a muncii care se întâmplă în celule utilizează energia hidrolizei ATP. În acest caz, când restul terminal al acidului fosforic este eliminat, ATP se transformă în ADP (acid adenozin difosforic), iar când al doilea reziduu de acid fosforic este eliminat, acesta se transformă în AMP (acid adenozin monofosforic). Randamentul de energie liberă la eliminarea atât a resturilor terminale, cât și a celui de-al doilea de acid fosforic este de aproximativ 30,6 kJ/mol. Eliminarea celei de-a treia grupări fosfat este însoțită de eliberarea a doar 13,8 kJ/mol. Legăturile dintre terminalul și al doilea, al doilea și primul rest de acid fosforic se numesc macroergice(energie mare).

Rezervele de ATP sunt reînnoite în mod constant. În celulele tuturor organismelor, sinteza ATP are loc în acest proces fosforilarea, adică adaos de acid fosforic la ADF. Fosforilarea are loc cu intensitate diferită în timpul respirației (mitocondrii), glicolizei (citoplasmei) și fotosintezei (cloroplaste).

ATP este principala legătură între procesele însoțite de eliberarea și acumularea de energie și procesele care au loc cu consumul de energie. În plus, ATP, împreună cu alți trifosfați ribonucleozidici (GTP, CTP, UTP), este un substrat pentru sinteza ARN.

Pe lângă ATP, există și alte molecule cu legături macroergice - UTP (acid uridin trifosforic), GTP (acid guanozin trifosforic), CTP (acid citidin trifosforic), a căror energie este utilizată pentru biosinteza proteinelor (GTP), polizaharidelor. (UTP), fosfolipide (CTP). Dar toate se formează datorită energiei ATP.

Pe lângă mononucleotide, rol important Dinucleotidele (NAD+, NADP+, FAD) aparținând grupului de coenzime (molecule organice care păstrează contactul cu enzima doar în timpul reacției) joacă în reacții metabolice. NAD + (nicotinamid adenin dinucleotide), NADP + (nicotinamid adenin dinucleotide fosfat) sunt dinucleotide care conțin două baze azotate - adenină și amida acidului nicotinic - un derivat al vitaminei PP), două resturi de riboză și două resturi de acid fosforic (Fig. .). Dacă ATP este o sursă universală de energie, atunci NAD + și NADP + sunt acceptori universali, iar formele lor restaurate sunt NADHȘi NADPH – donatori universali echivalenți de reducere (doi electroni și un proton). Atomul de azot inclus în restul de amidă a acidului nicotinic este tetravalent și poartă o sarcină pozitivă ( NAD +). Această bază azotată atașează cu ușurință doi electroni și un proton (adică este redus) în acele reacții în care, cu participarea enzimelor dehidrogenaze, doi atomi de hidrogen sunt îndepărtați de pe substrat (al doilea proton intră în soluție):

Substrat-H2 + NAD + substrat + NADH + H +

ÎN reacții inverse enzime, oxidante NADH sau NADPH, reduce substraturile prin adăugarea de atomi de hidrogen la acestea (al doilea proton provine din soluție).

FAD – flavin adenin dinucleotide– un derivat al vitaminei B 2 (riboflavina) este, de asemenea, un cofactor al dehidrogenazelor, dar MOFT adaugă doi protoni și doi electroni, reducându-se la FADN 2.